Обеспечивают необходимые защиту, прочность и долговечность материалов.

Лабораторное занятие № 1

Тема: классификация и свойства материалов для архитектурно-дизайнерского проектирования среды.

Задание: знакомство с основными эксплуатационно-техническими и эстетическими свойствами строительных и архитектурно-дизайнерских материалов, основами их стандартизации и классификации. Определение ряда свойств различных дизайнерских материалов по раздаточному материалу.

Теоретическая часть

Свойства-характеристики, проявляющиеся в процессе применения и эксплуатации материалов. Делятся на две группы: эксплуатационно-технические и эстетические.

I Эксплуатационно-технические свойства

обеспечивают необходимые защиту, прочность и долговечность материалов.

1. Характеристики структуры

С этими характеристиками связаны показатели всех свойств материалов. Различают три уровня структуры материалы: макроструктура – строение, видимое невооруженным глазом, микроструктура – видимое в оптический микроскоп, и строение на молекулярно-ионном уровне. К основным видам макроструктуры относят конгломератную, ячеистую, волокнистую, слоистую, рыхлозернистую (порошкообразную).

Конгломератная структура предлагает соединение разнородных веществ, обычно в виде зерен, кусков различных форм и размеров. Ячеистая структура характеризуется наличием макропор, у мелкопористых большинство ячеек гораздо меньших размеров (менее 1мм). Волокнистая структура присуща материалам с природными или искусственными волокнами, расположенными в одном определённом направлении. Слоистая структура предполагает наличие нескольких, в том числе разнородных слоёв. Рыхлозернистые (порошкообразные)структуры состоят из большого количества не связанных зерен или мелких частиц.

2. Пористость

Пористость – важный и определяющий показатель. Большинство современных материалов, кроме жестко-вязкого (твёрдого) вещества, содержат в структуре поры – промежутки, полости, ячейки. Их количество и характер (размеры, распределение, открытые или закрытые) влияют на другие эксплуатационно-технические свойства. Единицы измерения пористости - проценты. Экспериментально - расчётный метод определения пористости, %, связан с известными значениями истинной плотности (ρ) и средней плотности (ρср.) материала:

П= ( 1- ρ/ρср ) 100 (%)

В зависимости от показателя пористости различают низкопористые (менее 30%), среднепористые (от 30 до 50%) и высокопористые (более 50%) материалы. Высокая пористость обеспечивает материалам низкую теплопроводность и высокое звукопоглощение. Величины пористости (%) ряда материалов: пенопласты – 96, древесина – 65, бетон легкий – 60, кирпич керамический – 35, бетон тяжелый – 10, гранит – 1, сталь – 0.

3. Плотность

Материалы одинакового объёма, состоящие из одинаковых веществ, могут иметь неодинаковую массу. Для характеристики различий в массе материалов, имеющих одинаковый объём, служит плотность – истинная и средняя.

Истинная плотность «ρ» (г/см³, кг/м³) – отношение массы к объёму материала в абсолютно плотном состоянии, то есть без пор и пустот. Средняя плотность «ρ» (г/см³, кг/м³) – отношение массы материала к его объёму в естественном состоянии с возможными порами и пустотами. Плотность материала влияет на его долговечность. Характерным признаком материалов, у которых средняя плотность равна истинной плотности (например, у стекла, металлов) является непроницаемость для жидкостей и газов.

Свойства материалов при действии влаги, воды, замораживания-оттаивания

4. Влажность

Влажность – содержание влаги в материале, отнесённое к массе материала в сухом состоянии, измеряемое в %. Высокой можно считать влажность более 20%, низкой – менее 5%.

5. Гигроскопичность

Гигроскопичность – способность материала поглощать водяные пары из воздуха (при его повышенной влажности) и удерживать их в следствие капиллярной конденсации. Гигроскопичность зависит от количества и характера пор и капилляров. Материалы с одинаковой пористостью, но имеющие более мелкие поры и капилляры, обладают более высокой гигроскопичностью, чем крупнопористые.

6. Водопоглощение

Водопоглощение – способность материала при непосредственном контакте с водой впитывать её и удерживать. Если материал способен впитать более 20% воды по массе – это высокий показатель, менее 5 % - низкий. Примерное водопоглощение по массе (%): древесина – до 150 и более, кирпич керамический – 12, бетон тяжелый и линолеум – 3, гранит – 0, 5. Материалы из стекла и стали воду не поглощают.

7. Водостойкость

Водостойкость материала характеризуется коэффициентом размягчения ( Кр ) – отношение предела прочности при сжатии материала, насыщенного водой, к пределу прочности при сжатии материала в сухом состоянии. Водостойкость металла и стекла равна 1.

8. Водопроницаемость

Водопроницаемость – способность материала пропускать воду под давлением. Величина водопроницаемости характеризуется количеством воды, прошедшей в течении 1 часа через 1 см² площади испытуемого материала при постоянном давлении.

9. Морозостойкость

Морозостойкость – способность насыщенного водой материала выдерживать попеременное замораживание и оттаивание без признаков разрушения и соответственно без значительных потерь массы и прочности. При замерзании вода в порах увеличивается в объёме примерно на 9%, в результате возникает давление на стенки пор, которое может привести к разрушению материала. Понижению прочности материала способствует также перемещение влаги по порам и капиллярам. Морозостойкость выражают количеством циклов замораживания и оттаивания. Материалы, выдерживающие 100 и более циклов, обладают высокой морозостойкостью, менее 10 циклов – низкой.

Свойства материалов при действии тепла, огня, звука

10. Теплопроводность

Теплопроводность – способность материала передавать через свою толщу тепловой поток, возникающий при разности температур на поверхностях, ограничивающих материал. Теплопроводность материала снижается при увеличении его пористости, особенно если она носит закрытый характер.

11. Огнестойкость

Огнестойкость – способность материалов сохранять физико-механические свойства при воздействии огня и высоких температур, развивающихся при пожаре. По степени горючести материалы делят на три группы: несгораемые, трудносгораемые и сгораемые. Несгораемые материалы при действии огня и соответственно высокой температуры не воспламеняются, не тлеют и не обугливаются (природные камни, бетон, кирпич, металлы). Трудносгораемые материалы под воздействием огня или высоких температур обугливаются, тлеют или с трудом воспламеняются, но после удаления источника огня их горение и тление прекращаются (асфальтобетон, цементный фибролит). Сгораемые материалы горят или тлеют под воздействием огня и продолжают гореть после его устранения (древесина, пластмассы).

12. Звукопоглощение

Звукопоглощение – способность материалов поглощать звуковые волны. Звукопоглощение материала характеризуется коэффициентом звукопоглощения. Высоким считается коэффициент 0,8, низким – менее 0,2. С увеличением массы материала повышается его звукоизолирующая способность. Степень поглощения звука материалом зависит от его структуры, величины и характера пористости, толщины. Для звукопоглощающих материалов лучшей является пористо-волокнистая структура, большое количество пор и шероховатая поверхность.

Свойства материалов при действии агрессивных веществ

13. Коррозионная стойкость

Коррозионная стойкость – способность материалов сопротивляться действию агрессивных веществ, которые могут разрушать материал и его структуру. По механизму коррозионного процесса можно выделить следующие основные виды коррозии: физическая, приводящая к физическому разрушению материала без изменения его химического состава; химическая, определяющая необратимые изменения химического состава материала; физико-химическая, в результате которой происходят физическое разрушение материала и изменение его химического состава; электрохимическая, сопровождающаяся изменением химического состава материала в результате возникновения электрического тока на границе его фаз.

Свойства материалов при действии статических и динамических сил

14. Прочность

Прочность– способность материала сопротивляться разрушению или необратимому изменению формы под действием внутренних напряжений, вызванных внешними силами или другими факторами. Прочность материалов оценивают пределом прочности – напряжением, соответствующим нагрузке, при которой фиксируется начало разрушения. Наиболее распространённые нагрузки – сжатие, растяжение, изгиб и удар

15. Твердость

Твёрдость – способность материала сопротивляться внутренним напряжениям, возникающим при местном внедрении другого, более твёрдого тела. Твёрдость материала в большей мере зависит от его плотности.

16. Истираемость

Истираемость – способность материала уменьшаться в объёме и массе вследствие разрушения поверхностного слоя под воздействием истирающих усилий. Её оценивают по потере массы после истирания, отнесённой к единице площади истирания, - г/см². Стойки к истиранию, например, природные камни — кварциты, базальты, диабазы, диориты, граниты; сравнительно менее стойки мраморы.

Деформативные свойствам материалов

17. Упругость

Упругость – способность материала деформироваться под влиянием нагрузки и самопроизвольно восстанавливать первоначальную форму и размеры после прекращения действия внешней среды.

18. Пластичность

Пластичность- способность материала изменять свою форму, размеры под действием внешних сил, не разрушаясь. После прекращения действия силы материал не может самопроизвольно восстановить форму и размеры. Остаточная деформация называется пластической.

19. Хрупкость

Хрупкость – способность твёрдого материала разрушаться при механических воздействиях без сколько-нибудь значительной пластической деформации.

II Эстетические характеристики материалов

К этим характеристикам относятся форма, цвет, фактура, рисунок (природный – текстура)

1Форма материалов, лицевая поверхность которых воспринимается визуально в процессе эксплуатации, непосредственно влияет на своеобразие фасада или интерьера здания. В современном дизайне форма облицовочных материалов, как правило, лаконична – квадрат, прямоугольник.

2 Цвет материалов - зрительное ощущение, возникающее в результате воздействия на сетчатку глаза человека электромагнитных колебаний, отражённых от лицевой поверхности в результате действия света. Все цвета можно разделить на две группы – ахроматические (белые, чёрные и серые всех оттенков) и хроматические ( красные, оранжевые, жёлтые, зелёные голубые, синие, фиолетовые со всеми промежуточными оттенками). Основные характеристики цвета – цветовая тональность, светлота и насыщенность. Цветовая тональность показывает, к какому участку видимого спектра относится цвет материала. Светлота характеризуется относительной яркостью поверхности материала. Насыщенность цвета - степень отличия хроматического цвета от ахроматического той же светлоты. При визуальных методах оценки цвета, используют атласы цвета, картотеку цветовых эталонов, образцы материалов-эталонов.

3Фактура – видимое строение поверхности материала, характеризуемое степенью рельефа и блеска. По степени рельефа выделяют гладкие, шероховатые (высота рельефа до 0,5 см) и рельефные (высота рельефа более 0,5 см) фактуры. По степени блеска различают блестящие и матовые фактуры. Фактуру определяют инструментальным или визуальным методами. Визуальная или качественная оценка фактуры связана с расстоянием, с которого она рассматривается. При выборе фактуры учитывается комплекс факторов, в том числе цвет материала. Фактура более отчётливо воспринимается на светлой поверхности. При рельефной бугристой фактуре объём помещения воспринимается меньшим, чем при фактуре гладкой, горизонтальные рельефы способствует зрительному сохранению высоты и удлинению помещения.

4 Рисунок – различные по форме, размерам, расположению, сочетанию, цвету линии, полосы, пятна и другие элементы на лицевой поверхности материала. Если упомянутые элементы создала природа, рисунок называют текстурой (например, текстура древесины, природного камня).

Все эстетические характеристики воспринимаются вместе и, например, определённые виды фактуры могут заметно менять цветовые параметры – насыщенность, светлоту.

III Стандартизация и классификация материалов

Стандартизация - процесс установления и применения стандартов, т.е. комплексов нормативно – технических требований, норм и правил на продукцию массового применения, утверждённых в качестве обязательных для предприятий и организаций – изготовителей и потребителей указанной продукции. В зависимости от среды действия и уровня утверждения стандарты в РФ подразделяют на различные категории. В государственных стандартах (ГОСТах) приведены требования к свойствам материалов, методам их испытаний, правилам приёмки, транспортирования и хранения. Кроме стандартов, в строительстве и производстве материалов действует система нормативных документов – строительные нормы и правила (СНиП) – свод нормативных документов по проектированию, строительству и материалам, обязательных для всех организаций и предприятий. Технические условия (ТУ) содержат комплекс требований к показателям качества, методам испытаний, правилам приёмки к определённым видам материалов, которые не стандартизированы или ограниченно применяются.

Материалы разделяют на группы в зависимости от назначения по единому классификационному признаку: конструкционные, конструкционно-отделочные и отделочные. Конструкционные материалы обеспечивают защиту от различных физических воздействий, обеспечивает прочность и долговечность зданий. Эти материалы скрыты в «теле» конструкции (кирпич, теплоизоляционные материалы). Конструкционно-отделочные материалы также обеспечивают определённую защиту, прочность, но одна или несколько поверхностей, которые называют лицевыми, воспринимаются визуально (лицевой кирпич, линолеум). Отделочные материалы – основная функция – визуальное восприятие одной или нескольких поверхностей (плитки керамические, обои, фасадные плитки).